基于概念建構和思維能力協同發展的教學設計

沈曉英

【摘 要】概念的建構和思維能力的提升是科學教學不可或缺的重要目標，兩者應當是協同發展的關系。教學要起到預期的這種效果，一方面，必須對科學概念和科學思維含義本身作進一步的厘清并充分理解兩者的關系，另一方面，在具體的教學設計中可以從以下三個方面加以踐行：利用材料的豐富結構性，發展科學思維，揭示科學概念；利用概念的進階從屬性，發展科學思維，升華科學概念；利用教師的人文性，推進科學概念與科學思維的協同發展。實踐證明，注重“概念建構和思維能力協同發展”的科學課能進一步激發學生學習科學的興趣。

【關鍵詞】科學概念；科學思維；協同發展；教學設計

目前使用的小學科學教材，遵循概念的遞進發展脈絡展開是其編排的重要特點之一。一般教材的每一個單元是一些從屬概念，每一課是一些小概念。事實上，促進概念的有效建構是科學教學的重要目的之一。但是概念的建構并不是指記憶概念中的文字，而是在思維中去建構，其本身就是一個思維活動的過程。因此，教師應立足于概念建構和思維能力協同發展來設計和實施教學。但綜觀當下的教學實際，恰恰在這方面存在普遍的缺失現象，這確實應當引起我們足夠的重視。本文試就相關問題展開敘述并提出一定的教學建議。

一、進一步厘清“科學概念”“科學思維”的含義

“科學概念”“科學思維”是出現在日常教學中的高頻詞。但它們的含義，還需要科學教師進一步的厘清。

（一）科學概念的內涵及獲取路徑

科學概念（Scientific Concepts）是指組織起來構成的、系統的科學知識。作為一種科學知識，科學概念必須是基于實證研究，且被科學家共同體所接受和承認的。2017年頒布的《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱《課程標準》）中涉及的科學概念，主要是指直接來自于人類對自然界的觀察。這些科學概念之間的聯系，涉及的范圍亦不同。對涉及范圍小的，稱之為特定的概念；涉及范圍大的，則稱為普遍的概念，或大概念。當然，科學概念并非是一成不變的。由于科學知識不斷更新，科學概念也在發展甚至糾正，但都必須基于科學研究的結果。例如“九大行星”的概念就在近年發生了改變。

目前，科學教師可以從兩條途徑來獲取小學科學教學的科學概念或者主要概念。一是《科學教育的原則和大概念》；二是《課程標準》。前者一共有10個科學概念和4個關于科學的概念。后者有18個主要概念，分別分布在物質科學領域、生命科學領域、地球與宇宙科學領域和技術與工程領域。

毋庸置疑，只有教師掌握了概念體系，厘清并反思每個單元與整個概念體系之間的關系，才能用合適的方式轉達給學生。

（二）科學思維的含義及相關理論

科學思維，也叫科學邏輯，即形成并運用于科學認識活動，是對感性認識材料進行加工處理的方式與途徑的理論體系。

皮亞杰的研究理論認為，思維發展可以分為四個階段。最初階段是“自我中心”階段（0～2歲）。在這個階段，兒童還不能把自己和外部世界完全分開，認為自己對事物的認識是絕對的。直覺階段（2～7歲），表現為自我中心觀減弱，直覺與所感知的現象產生聯系。具體運算階段（8～10歲），則完全脫離自我中心，思維出現可逆現象，并能提出模型來客觀地解釋所觀察到的相互作用。形式運算階段（11～12歲），兒童會假設條件并揣測可能的結果（公理—假設體系中的活動）。聯系該理論，對指導教師進行科學教學設計有著重要意義。

2016年9月發布的《中國學生發展核心素養——全面發展的人》中，也包含了“理性思維、批判質疑、勤于反思”等與科學思維有關的要點，說明當前科學教學最主要的目的就是培養學生的批判性思維、創造性能力（在國外被稱為高階思維能力）。

綜觀當下的科學教學，除了不夠重視高階思維能力的培養外，也缺乏對“觀察和思考”的關注。“觀察和思考”是兒童認識世界必不可少的素養。因為只有觀察，沒有思考，意味著學習并沒有發生。

二、對科學概念與科學思維關系的進一步認識

思維是在人的頭腦里進行的。除非進行某種交流，否則一個人永遠無法知道他人在想什么或者處于何種思維層次。語言是人類交流思想的一種方式，對科學概念的建構顯得尤為關鍵。科學教學不同于機械訓練，除了要有助于科學概念的建構外，還應立足于科學思維能力的培養。由此可以發現，通過并基于語言這一中介，建構概念和培養思維能力可以并且應當互為協同，共促發展。大量的例子說明：科學經歷激活了語言，語言產生了思維，而思維又可能產生新的語言，如此反復。在日常教學中，它們的發展順序是：個人置身于有結構的材料之中，產生前語言思維；集體研討的開始階段，個人表達各種觀察結果所用的語言與自己的思維產生相互作用；一起參加探討的人的語言和思維產生相互作用；形成解釋（科學概念）；對這些解釋進行驗證。可見，科學概念是科學思維的基礎，科學思維是科學概念的發展，它們是協同、螺旋發展的。假如把科學概念和科學思維比作番茄和雞蛋，毋庸置疑，它們各有營養，當把它們組合時，將會產生更美好的價值！而這種價值，恰恰是學習對象應當具備的素養，需要科學教師致力于此類相關的課堂教學設計的研究。

三、基于科學概念與科學思維協同發展的教學設計

通過上述分析，我們應當明了，科學概念與科學思維協同發展，不僅是課程改革和學科教學的使命，更是源于“科學概念”“科學思維”兩者之間存在著很強的內生關系。教師應當立足于概念建構和思維能力的協同發展來實施教學。

（一）利用材料的豐富結構性，發展科學思維，揭示科學概念

一套好材料成就一節好課。科學教學中的好材料，指的是材料的結構性，即通過操作材料可以揭示自然現象間的某種關系。這種關系的模式即是描述現象的概念，概念是從材料的“幕后”關系推導出來的結果。具有豐富結構性的材料是發展科學思維、揭示科學概念的最基本的保障。

以三年級下冊《磁鐵有磁性》一課為例。教學時，教師提供各種各樣的鐵制品和磁鐵，作為學生的研究材料。這樣的材料，可以讓學生在探究中很容易地發現相似之處，即這些鐵制品都可以被磁鐵吸引，隨即得出結論——磁鐵能吸鐵。但是，不排除學生會得出另一個結論——磁鐵能吸金屬。究其原因，是這組材料的結構性比較單一，如果增加一些其他金屬材料，比如銅制品，學生就能比較確信磁鐵能吸鐵，至少可以避免“磁鐵能吸金屬”概念的得出。

毫無疑問，材料越豐富，學生對事實的綜合也就越全面，但材料豐富所帶來的干擾也越大。對結構性材料的選擇，考量著科學教師是否懂得科學，是否了解學情，是否具備相當的實踐經驗。歸根結底，材料能否引導學生進入良好的研究狀態，能否明確地指向核心概念和科學思維，才是材料選擇的關鍵點。

（二）利用概念的進階從屬性，發展科學思維，升華科學概念

美國教育心理學家奧蘇伯爾說：“假如讓我把全部的教育心理學僅僅歸納為一條原理的話，那么我將一言以蔽之：影響學生學習新知唯一重要的因素，就是學生已經知道了什么，要探明這一點，并應據此進行教學。”教師只有明確目標，才能有的放矢。而這一目標，通常是指可以量化的科學概念。因此，教師在教學設計前須厘清概念網絡圖，做到了然于心，才能讓課堂教學正確而踏實。

例如，教師設計六年級下冊《小蘇打和白醋的變化》一課時，須提前厘清與這一課相對應的大概念（如下表所示）。

通過以上五個維度的分析，教師由大概念逐步走向更為精準的小概念或者從屬概念。此時，教師如能對學情做出正確的分析和判斷，就能設計出適合學生思維發展的教學活動，幫他們建構起這一課應該建立的科學概念。

（三）利用教師的人文性，推進科學概念與科學思維的協同發展

“真正的教育技能和藝術就在于，一旦有必要，教師就能隨時改變課時計劃。一個好教師就在于他能感覺出課的發展邏輯，使課的結構服從于思維的規律性。”40分鐘的課堂隨時有可能出現一閃而過的教學契機，它具有動態性，是稍縱即逝的。教師要敏銳地捕捉這些生成性資源并對其加以合理利用，創造推進科學概念與科學思維協同發展的條件。

以五年級上冊《光和影》一課為例。課堂上，教師提供了一個教具（木塊），讓學生根據材料自行研究“光和影”的規律。有個學生發現，如果用尺子擋住木塊，只有尺子的影子，卻沒有木塊的。這一“節外生枝”的情況，是在課堂教學情境中通過積極的師生互動、生生互動，在共同思考與共同發展中產生的超出教師教案設計的新情況。

馬斯洛認為：“只有在真誠、理解的師生關系中，學生才敢于和勇于發表見解、自由想象和創造，從而熱情地汲取知識、發展能力、形成人格。”科學教師應秉承“科學概念可以被不斷地完善和修正”的理念，創造出一種利于學習的場景，使學習行為具有廣泛的自由，耐心等待學生對正在發生的事所建立的模型進行加工修正，這實際上是建立概念過程中的一種操練。

教師的人文性使得學生在心理安全的氛圍中敢于表達和行動，圍繞生成性問題，再度進行探究和討論，孕育了“奇跡”的發生。案例中的生成性問題帶來如下的意義：第一，鞏固了“影子產生的條件中少了光”這個從屬概念；第二，明確了“在影子里，是看不到光的，因為光是沿直線傳播的”的概念；第三，可以把這種現象與六年級下冊《日食與月食成因》一課簡單掛鉤。雖然本課是單元的起始課，但它是開放的，不能拘泥于書本的三個實驗死死不放，應著眼于學生科學概念的建構與科學思維的培養的協同發展。

“科學作為知識”“科學作為過程”“科學作為探究”，這三個方面的關系不是簡單的平行關系，而是發展的關系。“科學作為知識”指的就是科學概念，后兩者指向“科學思維”。有些教師喜歡在每堂課結束時進行總結，以達到建構某個從屬概念的目的。這本無可厚非，但教師更要關注和反思的是學生得出科學概念的方法是什么。注重“科學概念和科學思維協同發展”的科學課，會讓每一個學生產生學習科學的快樂和期盼科學課的欲望。只有這樣，科學概念、科學思維乃至其他的素養，才能一并得以發展和提升。科學課就該有這樣的追求和風景……

參考文獻：

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[3]中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2017.

（浙江省寧波市行知實驗小學 315100）